溫度對高濃度水煤漿流變特性的影響

第38卷第6期鍋爐技術(shù)Val, 38, No 62007年11月BOILER TECHNOLOGY文章編號:CN31-1508(2007)06-0074-05溫度對高濃度水煤漿流變特性的影響趙國華,王秋粉,陳良勇,段鈺鋒(東南大學(xué)潔凈煤發(fā)電及燃燒技術(shù)教育部熏點(diǎn)實(shí)驗室,江蘇南京210096)關(guān)鍵詞:高濃度;水煤漿;溫度;流變特性摘要:對高濃度的水煤漿流變特性影響因素很多溫度是其中的一個(gè)重要因素。借助于水煤漿粘度計在不同溫度不同剪切速率下對3種濃度的水煤漿進(jìn)行粘度測度得出在各↑剪切速率下粘度與溫度的關(guān)系。結果表明在給定的剪切速率下,水煤漿的表觀(guān)粘度與溫度關(guān)系可以用近似 Arrhenius關(guān)系式表示。采用Herschel- Bulkley模型擬合出水煤漿的流變參數,發(fā)現水煤漿的流變參數隨溫度變化呈現出規律性地變化中圖分類(lèi)號:TQ534.4文獻標識碼:A1前言濃度水煤漿的粘度進(jìn)行測量,溫度從5℃變到℃,每個(gè)溫度下剪切速率從10(1/s)到100(1/s)水煤漿是一種低污染高效率和流動(dòng)性強的測出較高溫度下水煤漿的粘度,揭示出水煤漿的理想代油燃料。它是一種寬篩分和含固量高的流變性質(zhì),得出相應的流變曲線(xiàn),擬合出溫度對復雜、多級、分散懸浮體系,影響其成漿性和流變水煤漿粘度的影響關(guān)系式,并揭示出溫度對水煤性的因素十分復雜,它與煤的種類(lèi)、化學(xué)性質(zhì)顆漿流變特性的影響規律。粒形狀及粒度分布、添加劑組成、制漿工藝、溫度和成漿濃度等因素密切相關(guān)。發(fā)展高溫高壓、2實(shí)驗設備與實(shí)驗方法高效的大規模氣流床水煤漿氣化工藝成為我國實(shí)驗采用的NXS4C型水煤漿粘度計是內潔凈煤技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向,因此,對水煤筒旋轉式同軸圓筒旋轉粘度計,電機通過(guò)變速齒漿成漿性和流變性的研究越來(lái)越重要。粘度是輪包和同步齒型帶傳動(dòng)機構驅動(dòng)測量轉子旋轉,水煤漿最重要的流變性,而煤漿濃度、煤漿粒度如果轉子沒(méi)受到液體的粘性阻力,測量彈簧就保級配煤種煤漿溫度添加劑和剪切強度等對水持初始狀態(tài),一旦轉子因被測物料的粘度而產(chǎn)生煤漿的粘度特性具有重要影響因面一直是國內了粘性阻力扭矩,測量彈簧便因受到扭矩而偏外學(xué)者研究的重點(diǎn)問(wèn)題1。轉,直至2種扭力達到平衡,彈簧的扭角與液體從流變學(xué)的角度分析要求所配制的水煤漿的枯度(或表觀(guān)粘度)成正比。用合適的傳感器應在低剪切速率下具有較高的粘度,而在高鶉切將已知轉速下的扭轉角轉換成電信號,經(jīng)單片機速率下又表現出較低的粘度,即要研究出具有較處理后就可用數碼管顯示出粘度(或表觀(guān)粘度好流動(dòng)性和穩定性的水煤漿,在工業(yè)應用中,因值的大小。在內、外圓筒之間充滿(mǎn)試樣,外簡(jiǎn)保地區和季節等差異漿體溫度變化較大,在南方地持靜止,內筒(轉子)繞軸心以角速度a旋轉。轉區水煤漿夏天輸送的漿溫能達到46℃甚至更子的外筒半徑為R1,內筒半徑為R2,則剪切高,冬天漿溫則低至14℃甚至更低。實(shí)踐證明速率溫度的變化對水煤漿的流變特性有很大影響,因此,研究水煤漿的流變特性對溫度的依賴(lài)關(guān)系具D=r do 2aR(1)有很重要的意義。粘度與作用在內筒表面總扭矩的關(guān)系為:本文采用成都儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的帶有控溫系統M(Ri-R2)的NXS4C型水煤漿粘度計,對兗州3種不同高4rhRi r2a(2)收稿日期:2006-10-4基金項自:國家重點(diǎn)基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)資助項目(2004CB21701)作者簡(jiǎn)介:趙國華(1983-),男,東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院碩士,主要從事潔凈煤技術(shù)研究第6期趙國華,等:溫度對高濃度水煤漿流變特性的影響式中:M—一測量彈簧復原扭矩;形式和破壞均需一定的時(shí)間,并且煤漿濃度高,內筒的高度;恢復形成穩定結構所需的時(shí)間越長(cháng)。7—水煤漿的粘度3種濃度的煤漿在各個(gè)溫度下剪切速率與粘該水煤漿粘度計可以測得剪切速率分別為度的變化關(guān)系見(jiàn)圖(2~4)。從3個(gè)圖中可以看100,80,60、40、20、10(1/s)下的粘度。粘度計配出低剪切速率下的粘度值波動(dòng)較大,高剪切速率備的恒溫水浴為HS—4型恒溫浴槽(精度士0.1下規律較明顯。隨剪切速率增加,煤漿粘度迅速℃),是一種髙低溫循環(huán)式高精度恒溫器,性能穩降低,這是因為在低剪切速率下,粒子進(jìn)行任意定可靠,本身帶有制冷系統,通過(guò)高精度自動(dòng)調的案集,也可能形成某種構造,但隨著(zhù)所施加的溫器和水循環(huán)泵實(shí)現對溫度的精確控制。升溫剪切速率增大水煤漿的最大絕對觸變量變大介質(zhì)為水時(shí),溫度控制范圍:0℃~100℃。試驗這樣就使得水煤漿的膠鏈結構的破壞更充分,從過(guò)程中將浴槽的出水管及回水管用2根橡膠管而大大降低水煤漿的粘度與旋轉粘度計相連接,粘度計中的物料溫度和浴槽設定溫度達到平衡穩定后,開(kāi)始測量。為了準確測量溫度對流變特性的影響要求5℃水煤漿在整個(gè)溫度調整過(guò)程中必須穩定,不發(fā)生一35任何沉淀和析水,所以這里選擇了實(shí)驗室中穩定性較好的兗州煤制水煤漿進(jìn)行試驗實(shí)驗過(guò)程采用水煤漿的濃度分別為62.24%64.60%、6.69%。為了更全面更真實(shí)地反映溫度對流變特性的影響,對每個(gè)濃度下的水煤漿02030405060708090100110均進(jìn)行了粘一溫測試。選定了如下幾個(gè)測試溫剪切速率S1度點(diǎn):5℃、15℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃圖2濃度為6224%時(shí),不同溫度下剪切速率與粘度關(guān)系55℃、65℃、75℃、85℃。在一定的溫度下,每次測量剪切速率由10→20→40→60→80→100→80→60→40→20→10變化,剪切速率先上升后下降(變一次剪切速率測量3個(gè)數據),變化剪切速鹽禁率過(guò)程中有一定的間隔時(shí)間,大約12s3實(shí)驗結果與分析3.1溫度對剪切速率與粘度關(guān)系的影響處理數據時(shí)發(fā)現剪切速率從10增加到100(上行程)和從100下降到10(下行程)的粘度值不同,如圖1所示。原因可能是煤漿穩定結構的圖3濃度為6.60%時(shí)不同溫度下剪切速率與粘度關(guān)系140025℃上行程一5℃925℃下行程一-15℃1200▲30℃上行程160025℃d30℃下行程主禁668剪切速率/60708090100110剪切速辛圖1濃度為66.69%時(shí),上行程與下行程的數據比較4濃度為6.69%時(shí),不同溫度下剪切速率與粘度關(guān)系鍋爐技術(shù)第38卷溫度在5℃~55℃,各個(gè)剪切速率下的粘度濃度為64.60%時(shí),p=0.00292exp(1494.7/T);是隨溫度的升高而降低,而且下降的幅度隨溫度濃度為66.69%時(shí),=0.00062exp(2049.4/T)。的升高而降低,在剪切速率大于80(1/s)以后粘度變化較小。溫度在55℃~85℃,粘度有個(gè)先升高后下降的過(guò)程。在相同溫度下,隨剪切速率的升高,粘度下降且下降的幅度減小;隨溫度的升高,從低剪切速率到高剪切速率時(shí),粘度下降的幅度變大。水煤漿的粘度在5℃~55℃,隨著(zhù)溫度的升高而下降,這是由于兩方面的原因:02(1)水煤漿隨溫度的升高,其體積增大,分子間的距離增大,分子間的相互作用變弱。由于28529029505310315320表面張力是分子間的作用力引起的,所以分子間圖53種濃度的水煤漿常溫下溫度與粘度關(guān)系作用力的減弱導致表面張力的變小2。表面張力減小,水煤漿的粘度降低。從上面可以看出,在15℃~45℃,水煤漿(2)溫度對水煤漿中的離子型表面活性劑的粘度隨溫度的升高而降低,并且近似地服從的影響。離子型的表面活性劑,它在溶液中都有 Arrhenius關(guān)系式,而且可以從圖5中看出水煤一個(gè)溶解度,一般的表面活性劑在低溫時(shí)溶解度漿的濃度越高,粘度對溫度的依賴(lài)性越強。水較小,當溶液的溫度升高到一定的溫度時(shí),表面煤漿的濃度越高,即固相分率越大,溫度對懸浮活性劑的溶解度增加,并且離子型表面活性劑對液的粘度影響越明顯, Wildermuth和Wlim5極性和非極性被增溶物的增溶作用增強,原因是等認為這是固體粒子和分散介質(zhì)的熱膨脹情況可能隨著(zhù)溫度升高,離子型表面活性劑的臨界膠不同,從而使固相分率/最大固相分率改變的緣束濃度變大,形成更多的膠束,這就降低了水煤故。固相分率/最大固相分率增大,能使相對粘漿的粘度。度增大水煤漿在55℃~85℃,粘度先升高后下降,3.3溫度對水煤漿流變參數的影響由于溫度升高,離子型的表面活性劑凝聚,在水高濃度水煤漿是典型的非牛頓流體,其流變煤漿中的表面活性劑量減少,水煤漿的粘度變模型很多,如擬塑性流體模型、賓漢流體模型、脹大;但隨溫度繼續升高,水煤漿中的表面活性劑流體模型等口-。根據水煤漿的流變性關(guān)系提出不再減少,溫度的升高引起體積增大,分子間的了2個(gè)方面的要求,一是表示水煤漿穩定程度的相互作用變弱,導致表面張力的變小,水煤漿的屈服應力部分,一個(gè)是代表水煤漿流動(dòng)阻力的剪粘度降低切應力部分,因此本文采用屈服一冪律流體3.2溫度與粘度的關(guān)系模型:在工程應用方面,水煤漿的溫度在十幾度到0五十幾度范圍變化,圖5給出了3種濃度下的粘式中:x—剪切應力,Pa度[對應剪切速率為100(1/s)]與溫度的關(guān)系。工t—屈服應力,Pa;業(yè)上說(shuō)的水煤漿粘度是指剪切速率在100(1/s)下k—稠度系數Pa·S;粘度計的讀數。n—流動(dòng)性系數。文獻[l]提到對牛頓流體的粘度隨溫度的升當v=0,n=1時(shí),為牛頓流體;當t=0,n≠高而降低并且近似服從 Arrhenius關(guān)系式:p=1時(shí),為冪流體(n>1,為脹塑性流體;n<1為擬塑Aexp(-B/T),其中T是絕對溫度,A和B是流性流體),當τ≠0,n=1時(shí),為賓漢流體;當r≠體常數。把這個(gè)公式嘗試地應用到具有非牛頓0,n≠1時(shí),為廣義賓漢流體(n>1,為具有屈服應流體性質(zhì)的高濃度水煤漿中得到如下關(guān)系式力的脹塑性流體;n<1為具有屈服應力的擬塑性濃度為6224%時(shí),g=0.0018exp(20926/T);流體)第6期國華,等:溫度對高濃度水煤漿流變特性的影響根據常溫下水煤漿的剪切應力與剪切速率系數隨溫度的升高而增大。表1的實(shí)驗數據表的關(guān)系(圖6~8)擬合方程,在相關(guān)性系數大于明,同一個(gè)濃度下屈服應力隨溫度的升高而增0.97下得出,3個(gè)濃度的水煤漿在各個(gè)溫度下的加稠度系數隨溫度的升高而減小,流動(dòng)性系數屈服一冪律流體模型參數,見(jiàn)表1隨溫度的升高而增加。屈服應力的變化趨勢正好相反,這可能由于流體的本身性質(zhì)不一樣。隨著(zhù)濃度的增加同一溫度下的屈服應力增加;隨溫度升高,粘度降低,流動(dòng)性增強。62.24%和溫度2064.60%的水煤漿是擬塑性流體,溫度增加流體■▲的擬塑性減小,并且減小的幅度隨溫度的變化越大而減小越多;66.69%的水煤漿是脹塑性流體,溫度的增加流體的脹塑性增加,并且增加的幅度隨溫度變化越大而減小越多6-0;也證明了不同濃度下的水煤漿流變特性的復雜性。剪切速率/s-1表1根據 Herschel|-Bu圖6濃度為62.24%時(shí),不同溫度下模型擬合的各個(gè)系數剪切速率與剪切應力的關(guān)系濃度/%溫度/℃t相關(guān)系數151.314630.428260.878500.99767251.967750.310840.881770.98998溫度352.683920.210830.886510.9790215℃453.0936135▲35℃158.98643350.917900.999393511.971570.279280.978920.9946912.07157剪切速率/s11511.537300.447541.081720.99836圖7濃度為64.60%時(shí),不同溫度下2511.860640.1841212l4760.99738剪切速率與剪切應力的關(guān)系3512.065430.13561.216840.995104512.140530.081031.262200.990374結論通過(guò)兗州煤水煤漿流變特性對溫度的依賴(lài)關(guān)系可給出以下結論(1)常溫下,水煤漿在各個(gè)剪切速率下隨溫度的增加,粘度迅速降低,降低幅度也減小(2)水煤漿的表觀(guān)粘度在常溫下隨溫度的升剪切速率/s-1高而降低,并且近似地服從 Arrhenius關(guān)系式;隨濃度的增加,溫度對水煤漿的粘度影響越明顯。圖8濃度為66.69%時(shí),不同溫度下(3)水煤漿的流變曲線(xiàn)表明隨著(zhù)溫度的升剪切速率與剪切應力的關(guān)系高,稠度系數呈下降趨勢,流動(dòng)指數則呈上升趨勢,文獻[5-7]中提到屈服應力隨溫度的升高進(jìn)一步說(shuō)明了隨溫度升高過(guò)程中粘度降低,流動(dòng)而減小,稠度系數隨溫度的升高而減小,流動(dòng)性性增強。鍋爐技術(shù)第38卷參考文獻1159-1166.[]岑可法姚強曹欣玉,等煤漿燃燒流動(dòng)、傳熱和氣化的理論[61 Xuanke li, Qingtian Li. 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Journal of food engineering, 2006.78(4).The Influence of Temperature on the Rheologyof High Concentration Coal-water SlurryZHAO Guo-hua, WANG Qiu-feng, CHEN Liang-yong, DUAN Yufeng(Key Laboratory of Clean Coal Power Generation and Combustion Technologyof the Ministry of Education, Southeast University, Nanjing 210096, China)Key words: high concentration coal-water slurry temperature,logical propertyAbstract: There are many factors which influence the rheological properties of highconcentrat coal-water slurry. And temperature is one of the most importan. In this paperwith the help of coal-water slurry viscometer, the viscosities of CwS are measured underdifferent temperatures as well as different shear rates. The results indicate that, under agiven shear rate, the retation of apparent viscosity on temperature can be well described bythe Arrhenius Law The Herschel-Bulkley model is used to fit the date rheological parametersthat exhibit regularity with the change of the temperature.(上接第73頁(yè))Characteristic Analysis on Co2 Absorption of CaO ParticleBAI Tao, WANG Chun-bo, LI Yong-hua, GUO Jian(School of Enery and Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)Key words:i absorptivity mechanismAbstract: Global climate is more and more notable with greenhouse effect, more countries received the attention about it. CO is releasing the most greenhouse gas which is the main causethat can make the whole world warm; it can change the climate in the short-term possibility. Now-adays many countries are studying reducing CO emission, hoping develop a new absorbent whichis high-effect, low cost sorption technology. Cao is high capacity of CO, adsorption, low preparation cost, long service life and has good anti rubs characteristic, becoming Co2 absorption in hightemperature. This article mainly analyzes temperature, additive, structure of pore on the surface ofCao particle and other component in fuel gas contributed to Cao absorption performance. It canprovide a theoretical basis for improving the Cao absorption performance.